CN207504175U - 一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线 - Google Patents
一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，包括天线室内单元和天线室外单元；所述天线室内单元包括控制器，控制器设置在室内机柜内；所述天线室外单元包括天线罩和设置在天线罩内的GPS、姿态传感器、天线阵列、水平伺服机构和垂直相控网络；所述天线阵列分别连接水平伺服机构和垂直相控网络，所述GPS和姿态传感器分别连接至控制器，控制器再分别与水平伺服机构和垂直相控网络连接。本实用新型采用水平机械扫描与垂直相控跟踪相结合的方式，不仅缩小了天线的体积，而且能保证天线的快速跟踪性能和低仰角区域性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种卫星通信天线，具体涉及一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线。
背景技术
天线的机械扫描是指通过天线的机械转动来实现对一定空域的扫描。机械扫描天线由两轴或三轴转动来实现，这种天线的体积较大，直径和高度不能减小，跟踪速度较慢，尤其安装在快速运动的载体上时，天线的跟踪性能很难保证。
天线的相位控制是指利用电控方法使天线在没有机械运动情况下实现一定空域的扫描，这种方式也称为电扫描。电扫描天线可以做到较低剖面，其跟踪速度也非常快。但是由于多元布阵，天线所占面积较大，在低仰角区域的增益和轴比等性能恶化严重，影响通信系统整体性能。
发明内容
发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线。本实用新型采用水平机械扫描与垂直相控跟踪相结合的方式，不仅缩小了天线的体积，而且能保证天线的快速跟踪性能和低仰角区域性能。
技术方案：本实用新型所述卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，包括天线室内单元和天线室外单元；
所述天线室内单元包括控制器，控制器设置在室内机柜内；
所述天线室外单元包括天线罩和设置在天线罩内的GPS、姿态传感器、天线阵列、水平伺服机构和垂直相控网络；
所述天线阵列分别连接水平伺服机构和垂直相控网络，所述GPS和姿态传感器分别连接至控制器，控制器再分别与水平伺服机构和垂直相控网络连接。
进一步地，所述控制器包括运算模块、伺服驱动模块和相位控制模块；GPS和姿态传感器分别连接至运算模块，运算模块分别连接伺服驱动模块和相位控制模块，伺服驱动模块与水平伺服机构连接，相位控制模块与垂直相控网络连接。
进一步地，所述GPS和姿态传感器设置在天线罩的顶部。
进一步地，所述天线阵列包括两个天线元，分别为天线元A和天线元B，天线元A和天线元B通过支撑杆固定在天线座上。
进一步地，所述天线元设置在铅垂方向上，两个天线元之间的距离为0.5倍的工作波长，每个天线元法向与水平面的夹角为45°。
进一步地，所述水平伺服机构包括直流伺服方位电机，水平伺服机构设置在天线座上且位于天线阵列的下方。
进一步地，所述垂直相控网络包括移相器A、移相器B和分/合路器，控制器分别连接移相器A和移相器B，天线元A和天线元B分别对应连接移相器A和移相器B，移相器A和移相器B分别连接至分/合路器，分/合路器再连接至收发信机。
有益效果：（1）本实用新型采用机械扫描和相位控制结合的天线跟踪方式，使天线在较小的体积下实现较好的性能，跟踪速度快；与全机械天线和全相控天线相比，降低了天线实现的难度，提高了产品的可靠性。
（2）本实用新型通过适当的天线形式及良好的匹配电路设计，在保持螺旋天线宽波束的优点同时，实现了天线的宽频带覆盖。
（3）本实用新型的天线阵列采用铅垂方向布置，天线体积小，提高了空间利用率，有效地减少了天线的质量，满足了小型化的要求。
（4）本实用新型利用天线座固定在载体上，整体结构稳固、操作方便，便于安装在各种移动载体上。
附图说明
图1为本实用新型结构框图。1、天线阵列；2、水平伺服机构；3、垂直相控网络；4、GPS；5、姿态传感器；6、天线座；7、支撑杆；8、天线罩。
图2为本实用新型结构图。
图3为图1中控制器结构图。
图4为图1中垂直相控网络结构图。
具体实施方式
下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，如图1和图2所示，包括天线室内单元和天线室外单元。所述天线室内单元包括控制器，控制器设置在室内或舱内的机柜内；所述天线室外单元包括天线罩8和设置在天线罩8内的GPS4、姿态传感器5、天线阵列1、水平伺服机构2和垂直相控网络3。所述天线阵列1分别连接水平伺服机构2和垂直相控网络3，所述GPS4和姿态传感器5分别连接至控制器，控制器再分别与水平伺服机构2和垂直相控网络3连接。
所述GPS4和姿态传感器5设置在天线罩8的顶部，GPS4用于采集卫星的位置信息和载体位置信息，所述姿态传感器5用于采集载体的姿态信息，包括行驶方向、横摇角度和纵摇倾斜角度等信息。
所述天线座6为圆柱形结构，固定在载体上。所述天线阵列1包括两个天线元，分别为天线元A和天线元B，天线元A和天线元B通过支撑杆7固定在天线座6上。所述天线元采用十字振子天线结构，以实现天线的宽频带性能。在满足系统对天线的增益指标要求的前提下，为减小天线的体积和重量，天线元A和天线元B设置在铅垂方向上，天线元A和天线元B之间的距离为0.5倍的工作波长。为保证俯仰角的覆盖范围及满足天线在低仰角区域的增益要求，每个天线元法向与水平面的夹角为45°，此种布局方式使得天线所占体积小，适合应用在船舰等载体上。
如图3所示，控制器包括运算模块、伺服驱动模块和相位控制模块。GPS4和姿态传感器5分别与运算模块连接，运算模块分别连接至伺服驱动模块和相位控制模块，伺服驱动模块与水平伺服机构2连接，相位控制模块与垂直相控网络3连接。所述控制器为独立的19英寸标准插箱结构，用于接收跟踪信号和产生伺服跟踪及波速控制信号。运算模块接收GPS4和姿态传感器5提供的卫星的位置信息、载体位置信息和载体的姿态信息，根据卫星的位置信息、载体位置信息计算出天线在此地相对于地面的指向，这个指向用水平向的方位角和垂直向的仰角来表示；运算模块再根据载体的姿态信息计算出前一指向相对于舰船的指向，这个指向亦用方位角和仰角表示。运算模块再将天线的方位角信息输出至伺服驱动模块，伺服驱动模块产生伺服跟踪信号驱动水平伺服机构2转动；运算模块将天线的仰角信息输出给相位控制模块，相位控制模块产生波速控制信号控制移相器状态，使天线波束对准卫星，从而实现天线的实时跟踪。
所述水平伺服机构2设置在天线座6上且位于天线阵列1的下方，水平伺服机构2用于接收控制器发出的伺服跟踪信号驱动直流伺服方位电机转动，实现天线水平方向的控制。
如图4所示，所述垂直相控网络3包括移相器A、移相器B和分/合路器，控制器1分别连接移相器A和移相器B，天线元A和天线元B分别对应连接移相器A和移相器B，移相器A和移相器B分别连接至分/合路器，分/合路器再连接至收发信机。所述垂直相控网络3用于进行信号的合路、分路和移向调整。天线接收时，天线元A和天线元B接收到的信号经相器A和移相器B完成相位调整，然后输出给分/合路器完成信号合路，最后输出至收发信机。移相器接收控制器1发出的波速控制信号控制移相器的相位，从而实现波束在俯仰方向上的扫描。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：包括天线室内单元和天线室外单元；
所述天线室内单元包括控制器，控制器设置在室内机柜内；
所述天线室外单元包括天线罩和设置在天线罩内的GPS、姿态传感器、天线阵列、水平伺服机构和垂直相控网络；
所述天线阵列分别连接水平伺服机构和垂直相控网络，所述GPS和姿态传感器分别连接至控制器，控制器再分别与水平伺服机构和垂直相控网络连接。
2.根据权利要求1所述的卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：所述控制器包括运算模块、伺服驱动模块和相位控制模块；GPS和姿态传感器分别连接至运算模块，运算模块分别连接伺服驱动模块和相位控制模块，伺服驱动模块与水平伺服机构连接，相位控制模块与垂直相控网络连接。
3.根据权利要求1所述的卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：所述GPS和姿态传感器设置在天线罩的顶部。
4.根据权利要求1所述的卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：所述天线阵列包括两个天线元，分别为天线元A和天线元B，天线元A和天线元B通过支撑杆固定在天线座上。
5.根据权利要求4所述的卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：所述天线元设置在铅垂方向上，两个天线元之间的距离为0.5倍的工作波长，每个天线元法向与水平面的夹角为45°。
6.根据权利要求4所述的卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：所述水平伺服机构包括直流伺服方位电机，水平伺服机构设置在天线座上且位于天线阵列的下方。
7.根据权利要求1所述的卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线，其特征在于：所述垂直相控网络包括 移相器A、移相器B和分/合路器，控制器分别连接移相器A和移相器B，天线元A和天线元B分别对应连接移相器A和移相器B，移相器A和移相器B分别连接至分/合路器，分/合路器再连接至收发信机。
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| CN108092001A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-29 | 南京乾波通信技术有限公司 | 一种卫星通信机械扫描与相位控制相结合的天线 |
| CN111162385A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-15 | 大连交通大学 | 一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列 |
| CN117673748A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-08 | 广州司南技术有限公司 | 一种超大大规模mimo多波束透镜天线系统 |
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